超临界CO2长距离管道输送技术研究

摘要

长距离管道输送是CO2捕集利用与封存技术的重要环节之一。由于超临界状态管道输送与其他相态输送相比具有输送效率高的特点，因此本文以胜利电厂烟道气捕集气体为气源，进行了超临界CO2长距离管道输送技术的研究。
　　本文采用PR方程，使用Matlab编程对比分析了纯CO2、CO2-N2、CO2-SO2三种组分的密度、粘度、导热系数、定压比热和压缩系数随压力和温度的变化规律。在超临界区域，密度、粘度和导热系数随压力升高而不断增大，其增幅逐渐减小；随温度升高而不断减小，其变化曲线逐渐趋于平缓。在临界点附近，定压比热突增，达到最大值，当远离临界点时，比热的数值随之减小。一定温度下，压缩系数在10MPa左右达到一个最小值，而后随着压力的升高不断增大；在一定压力下，压缩系数随温度升高而不断增大。随着N2含量增加，密度减小，粘度减小，导热系数减小，定压比热增大，压缩系数增大。随着SO2含量增加，密度增大，粘度增大，导热系数增大，定压比热减小，压缩系数减小。并得到本文计算对象在保持超临界状态输送时，其最低运行压力和温度分别为8.17MPa、33.46℃。
　　采用McCollum模型计算管径，根据《油田油气集输设计技术手册上册》规范确定壁厚，结合超临界CO2换热关联式和压降关联式，建立了水力计算和热力计算模型。在入口参数为10~20MPa，35~50℃条件下，计算得到了不同入口参数的管道尺寸，并根据《GB/T9711-2011石油天然气工业管线输送系统用钢管》规范，确定了最小标准管道尺寸。
　　最后分析了入口参数、高程差和环境温度对CO2保持超临界状态的最大安全输送距离影响。在只设置首末站的前提下，10MPa入口压力和40℃入口温度时，最大安全输送距离为106km。10MPa入口压力和50℃入口温度时，最大安全输送距离为234km。输送100km距离的最低入口压力和温度是9.68MPa和39.82℃。在10MPa和40℃时，当高程差大于40m，100km管长的出口温度低于33.46℃，出口压力符合要求。增加管长为200km，当高程差大于120m时，出口压力低于最低运行压力8.17MPa。随着环境温度的升高，管道出口压力略微减小，管道出口温度明显增大。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 课题背景与意义

1.2 国内外研究现状

1.3 本课题研究内容

第2章 相态选择与控制

2.1 状态方程（EOS）的选择

2.2 CO2的相图

2.3 纯CO2物性研究

2.4 杂质对CO2物性影响

2.5 气源相图

2.6 本章小结

第3章 超临界CO2管道输送特性计算模型

3.1 管道尺寸计算模型

3.2 管输特性计算模型

3.3 本章小结

第4章 超临界CO2长距离管输特性分析

4.1 基础参数的选定

4.2 入口参数的影响

4.3 高程差的影响

4.4 环境温度的影响

4.5 本章小结

第5章 结论与展望

5.1 结论

5.2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间参加的科研工作

攻读硕士学位期间发表的论文及其他成果

致谢